(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を分光部により分光して光検出素子によって検出する分光器であって、
前記光検出素子を収容するパッケージを備え、
前記パッケージの内壁面は、前記分光部のグレーティング溝が所定の方向に沿って複数配列されて形成される第１の領域と、該第１の領域を包囲する第２の領域と、を含み、
前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記パッケージの前記内壁面上で連続しており、球状の曲面上に形成されている、
ことを特徴とする分光器。
【請求項２】
前記パッケージは、外形が直方体状であると共に、球状の前記曲面の内壁面を含む凹部を有し、
前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記凹部の前記内壁面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。
【請求項３】
前記パッケージの外面には、前記所定の方向において前記分光部の両側に位置し、且つ、前記所定の方向と直交する方向に沿って延在する一対の溝が設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の分光器。
【請求項４】
前記分光部と対向するように、前記パッケージに嵌め合わされた光透過基板をさらに備え、
前記光検出素子は、前記光透過基板上に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の分光器。
【請求項５】
前記所定の方向における前記パッケージと前記光透過基板との間の隙間は、前記所定の方向と直交する方向における前記パッケージと前記光透過基板との間の隙間に比べて狭い、
ことを特徴とする請求項４に記載の分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を分光して検出する分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光器として、例えば特許文献１〜４に記載されたものが知られている。特許文献１には、パッケージ内に入射した光を分光部で分光して光検出素子により検出する分光器であって、円筒形状のパッケージの内壁面に、グレーティング溝が形成された部材が分光部として固定されたものが記載されている。
【特許文献１】米国特許第４６４４６３２号明細書
【特許文献２】特開２０００−２９８０６６号公報
【特許文献３】特開平８−１４５７９４号公報
【特許文献４】特開２００４−３５４１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の分光器にあっては、温度変化等によりパッケージに歪みが生じた場合、グレーティング溝の周囲の平面状の領域とグレーティング溝が形成されている曲面状の領域との間の境目に歪みが集中し、グレーティング溝に位置ズレが生じるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パッケージに歪みが生じた場合であっても、グレーティング溝に生じる位置ズレを抑制可能な分光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る分光器は、光を分光部により分光して光検出素子によって検出する分光器であって、光検出素子を収容するパッケージを備え、パッケージの内壁面は、分光部のグレーティング溝が所定の方向に沿って複数配列されて形成される第１の領域と、該第１の領域を包囲する第２の領域と、を含み、第１の領域と第２の領域とは、パッケージの内壁面上で連続しており、同一の曲面上に形成されている、ことを特徴とする。
【０００６】
この分光器においては、分光部のグレーティング溝が形成された第１の領域を包囲する第２の領域は、第１の領域から連続しており、同一曲面上に形成されている。このため、パッケージに生じる歪みは、第１の領域の周囲の第２の領域によって分散される。したがって、パッケージに歪みが生じた場合であっても、グレーティング溝に生じる位置ズレを抑制可能である。
【０００７】
また、本発明に係る分光器においては、パッケージは、外形が直方体状であると共に、曲面の内壁面を含む凹部を有し、第１の領域及び第２の領域は、凹部の曲面の内壁面に形成されている、ことが好ましい。この場合、パッケージにおいては、曲面の内壁面に形成された第１の領域及びその周囲の領域は、比較的肉厚となっている。このことから、パッケージに外力が加わった場合であっても、グレーティング溝が形成された第１の領域に歪みが生じ難い。
【０００８】
また、本発明に係る分光器においては、パッケージの外面には、所定の方向において分光部の両側に位置し、且つ、所定の方向と直交する方向に沿って延在する一対の溝が設けられている、ことが好ましい。この場合、例えば、パッケージを樹脂成型する際に生じるひけが、この一対の溝によって所定の方向（グレーティング溝の配列方向）において緩和され、その方向におけるグレーティング溝の位置ズレがより一層抑制される。このため、分光特性の低下を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明に係る分光器においては、分光部と対向するように、パッケージに嵌め合わされた光透過基板をさらに有し、光検出素子は、光透過基板上に取り付けられている、ことが好ましい。この場合、分光部に対する光検出素子の位置決めを容易に精度良く行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る分光器においては、所定の方向におけるパッケージと光透過基板との間の隙間は、所定の方向と直交する方向におけるパッケージと光透過基板との間の隙間に比べて狭い、ことが好ましい。この場合、所定の方向において光透過基板が精度良く位置決めされ、延いては、この光透過基板上に取り付けられる光検出素子についても、所定の方向において精度良く位置決めされる。このため、光検出特性の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パッケージに歪みが生じた場合であっても、グレーティング溝に生じる位置ズレを抑制可能な分光器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明に係る分光器の一実施形態の断面図である。図１に示されるように、分光器１は、パッケージ２内に入射した光Ｌ１を分光部３により反射されると共に分光された光Ｌ２を光検出素子４により検出するものである。
【００１４】
パッケージ２は、直方体状の箱体５及び長方形板状の蓋体６を有している。箱体５及び蓋体６は、遮光性又は吸光性を有する樹脂、例えば、液晶性全芳香性ポリエステル樹脂、ポリカーボネート、又は黒エポキシ等からなる。
【００１５】
箱体５には、底面が平面である断面長方形状の凹部７が設けられており、この凹部７の底面には底面が平面である断面長方形状の凹部８が設けられている。さらに凹部８の底面には、底面が平面である断面長方形状の凹部９が設けられており、この凹部９の底面には半球状の凹部１０が設けられている。また、箱体５の底面には一対の溝１１が設けられている。なお、半球状の凹部１０は、球面であっても非球面であってもよい。
【００１６】
凹部１０の内壁面は、底部の領域１２（第１の領域）と、領域１２を包囲する領域１３（第２の領域）とを含んでいる。領域１２と領域１３とは、連続した領域であり、同一の曲面上に存在している。領域１２には、複数のグレーティング溝１４が所定の方向に配列されて形成されており、凹部１０の底部には、これら複数のグレーティング溝１４を含む分光部３が設けられている。
【００１７】
図２は、分光部３の拡大断面図であり、図３は、分光器１の下面図である。図２，３に示されるように、分光部３は、複数のグレーティング溝１４と、これらグレーティング溝１４を覆うようにして設けられた反射膜１５と、によって構成されている。この反射膜１５は、例えば、ＡｌやＡｕ等をグレーティング溝１４が形成された領域１２上に蒸着することで設けられる。このように、分光部３は、複数のグレーティング溝１４に反射膜１５を蒸着して構成される反射型グレーティングである。グレーティングのタイプは、鋸歯型のブレーズドグレーティング、矩形のバイナリーグレーティング、正弦波形状のホログラフィックタイプグレーティングなどであってよい。反射膜１５の大きさを調整することで光学ＮＡを調整することも可能である。反射膜１５は、分光されずに反射のみされる光が生じないようにグレーティング溝１４が形成された領域１２よりも小さい領域に設けられる。図示しないが、この反射型グレーティングの反射膜１５を覆うようにＳｉＯ２やＭｇＦ２などのパッシベーション膜を蒸着などにより形成しても良い。この際、パッシベーション膜は反射膜１５を覆ってさえいればよく、グレーティング溝１４の形成された領域１２と比べて大きくても小さくてもよい。
【００１８】
図１に示されるように、凹部９には、分光部３と対向するように光透過基板１６が嵌め合わされている。光透過基板１６は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス、プラスチック等によって、長方形板状に形成されており、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる。光透過基板１６の上面には、光Ｌ１，Ｌ２が通過する光通過開口１６ｃを有する光吸収層１６ａが形成されている。光吸収層１６ａの材料としては、ブラックレジスト、フィラー（カーボンや酸化物等）が入った有色の樹脂（シリコーン、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリイミド、複合樹脂等）、ＣｒやＣｏ等の金属又は酸化金属、或いはその積層膜、ポーラス状のセラミックや金属又は酸化金属が挙げられる。光吸収層１６ａの上面側、若しくは下側には、配線（不図示）が設けられている。
【００１９】
図４は、箱体５の平面図である。図４に示されるように、光透過基板１６及び箱体５は、グレーティング溝１４の配列方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との間の隙間ｂが、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との間の隙間ａに比べて狭くなるように構成されている。
【００２０】
図１に示されるように、光透過基板１６上には、光検出素子４が取り付けられている。この光検出素子４は、長方形板状に形成されており、分光部３側の面には、光検出部２１が形成されている。光検出素子４は、バンプ１８によりフェースダウンボンディングされて光透過基板１６に取り付けられている。また、光検出素子４は、バンプ１８を介して、光透過基板１６上に設けられた配線と電気的に接続されている。なお、光透過基板１６と光検出素子４との間において光Ｌ１，Ｌ２の光路を除く領域には、光透過基板１６と光検出素子４との接続強度を向上させるべく、バンプ１８を覆うように樹脂剤２０が塗布されている。
【００２１】
光検出部２１は、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサ等であり、複数のチャンネルがグレーティング溝１４の配列方向に沿って配列されてなる。光検出部２１がＣＣＤイメージセンサの場合、２次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報がラインビニングされることにより、１次元の位置における光の強度情報とされて、その１次元の位置における光の強度情報が時系列的に読み出される。つまり、ラインビニングされる画素のラインが１チャンネルとなる。光検出部２１がＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサの場合、１次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報が時系列的に読み出されるため、１画素が１チャンネルとなる。
【００２２】
なお、光検出部２１がＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサであって、画素が２次元配列されている場合には、グレーティング溝１４の配列方向と平行な１次元配列方向に並ぶ画素のラインが１チャンネルとなる。また、光検出部２１がＣＣＤイメージセンサの場合、例えば、配列方向におけるチャンネル同士の間隔が１２．５μｍ、チャンネル全長（ラインビニングされる１次元画素列の長さ）が１ｍｍ、配列されるチャンネルの数が２５６のものが光検出素子４に用いられる。
【００２３】
また、光検出素子４には、チャンネルの配列方向において光検出部２１と並設され、分光部３に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔２２が形成されている。光通過孔２２は、チャンネルの配列方向と略直交する方向に延在するスリット（例えば、長さ０．５〜１ｍｍ、幅１０〜１００μｍ）であり、光検出部２１に対して高精度に位置決めされた状態でエッチング等によって形成されている。
【００２４】
凹部８には、箱体５に埋設された複数のリード１７の基端部が露出している。このリード１７の先端部は、箱体５の外部に延在している。リード１７の基端部は、ワイヤ１６ｂにより光透過基板１６の配線とワイヤボンディングされ、電気的に接続されている。光検出素子４の光検出部２１が光Ｌ２を受光することにより発生する電気信号は、光検出素子４のバンプ１８、光透過基板１６の配線、ワイヤ１６ｂ及びリード１７を介して分光器１の外部に取り出される。
【００２５】
凹部７には、蓋体６が嵌め合わされている。蓋体６は、光Ｌ１をパッケージ２の内部に入射させるための光入射孔２３を有する。光入射孔２３には、光透過性の窓部材２４が取り付けられている。窓部材２４は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス、プラスチック等によって形成されている。
【００２６】
図３に示されるように、溝１１は、グレーティング溝１４が配列される方向において分光部３の両側に位置し、且つ、グレーティング溝１４が配列される方向と直交する方向に沿って延在している。この溝１１は、箱体５を形成する際に一体的に形成される。
【００２７】
以上のように構成される分光器１においては、光Ｌ１は、蓋体６の光入射孔２３を通過し窓部材２４を透過してパッケージ１内に入射し、光検出素子４の光通過孔２２を通過して、光透過基板１６を透過し分光部３に到達する。分光部３に到達した光Ｌ１は、分光部３によって分光されると共に、光検出素子４の光検出部２１方向に反射される。分光部３によって分光されると共に反射された光Ｌ２は、光透過基板１６を透過して、光検出素子４の光検出部２１によって検出される。
【００２８】
上述した分光器１の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、外形が直方体状であり、底面に一対の溝を有し、半球状の凹部１０の底部に所定の方向に沿って複数のグレーティング溝１４が一体的に成型された樹脂からなる箱体５を用意する。また、箱体５は、リード１７が埋設されて成型されている。続いて、箱体５の凹部１０のグレーティング溝１４が形成された領域にＡｌやＡｕ等を蒸着することにより反射膜１５を設ける。反射膜１５は、具体的には、例えば、ＡｌやＡｕ等を蒸着することにより設けられる。
【００３０】
一方で、上面に配線が設けられた光透過基板１６、及び光通過孔２２が形成された光検出素子４を準備し、光透過基板１６の配線と光検出素子４のバンプ１８とによって、光検出素子４と光透過基板１６とを電気的に接続する。この後、バンプ１８を覆うように樹脂剤２０を側方から塗布して、光透過基板１６と光検出素子４とを接着する。
【００３１】
続いて、上記のように分光部３が形成された箱体５に、光検出素子４が取り付けられた光透過基板１６を収容する。具体的には、図１に示されるように、上面に光検出素子４が取り付けられた光透過基板１６を、箱体５の凹部９に嵌め合わせる。このとき、光透過基板１６と箱体５との間に樹脂剤（不図示）を塗布して、光透過基板１６を箱体５に接着する。
【００３２】
続いて、光透過基板１６の配線とリード１７の基端部とをワイヤ１６ｂによって電気的に接続する。最後に、蓋体６を箱体５の凹部７に嵌め合わせて気密に接合し、光検出素子４がパッケージ２内に収容された分光器１を得る。
【００３３】
以上説明したように、分光器１においては、分光部３の複数のグレーティング溝１４が形成された領域１２を包囲する領域１３は、グレーティング溝１４が設けられた領域１２から連続しており、同一の曲面上に形成されている。このため、パッケージ１に生じる歪みは、グレーティング溝１４が設けられた領域１２の周囲の領域１３によって分散される。したがって、パッケージ１に例えば熱的な歪みが生じた場合であっても、グレーティング溝１４に生じる位置ズレが抑制されるために分光特性の熱依存性を抑制することができる。
【００３４】
また、分光器１においては、パッケージ２の箱体５は、外形が直方体状であると共に、底面が半球状の曲面である凹部１０を有し、領域１２及びこの領域１２の周囲の領域１３は、凹部の底面に形成されている。このため、パッケージ２の箱体５においては、底面に形成された領域１２及びその周囲の領域１３は、比較的肉厚となっている。このことから、パッケージ２に外力が加わった場合であっても、分光部３のグレーティング溝１４が設けられた領域１２に歪みが生じ難い。
【００３５】
また、分光器１においては、箱体５の底面には、グレーティング溝１４の配列方向において分光部３の両側に位置し、且つ、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向に沿って延在する一対の溝１１が設けられている。このため、例えば、パッケージ２の箱体５を樹脂成型する際に生じるひけが、この一対の溝によってグレーティング溝１４の配列方向において緩和され、その方向においてグレーティング溝１４の位置ズレがより一層抑制される。グレーティング溝１４に、グレーティング溝１４の配列方向に関する位置ズレが生じた場合、分光する光の波長がシフトしてしまうおそれがある。分光器１においては、上述の理由から、グレーティング溝１４の配列方向、即ち、光の分光方向に関するグレーティング溝１４の位置ズレが抑制されるため、分光特性の低下を抑制することができる。
【００３６】
また、分光器１は、分光部３と対向するように、箱体５の凹部９に嵌め合わされる光透過基板１６を有し、光検出素子４は、光透過基板１６上に取り付けられている。このため、分光器１においては、分光部３に対する光検出素子４の位置決めを容易に精度良く行うことができる。
【００３７】
また、分光器１においては、グレーティング溝１４の配列方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との間の隙間ｂは、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との間の隙間ａに比べて狭い。このため、箱体５に光透過基板１６を取り付ける際に、グレーティング溝１４の配列方向において光透過基板１６が精度良く位置決めされ、延いては、この光透過基板１６上に取り付けられる光検出素子４についても、グレーティング溝１４の配列方向において精度良く位置決めされる。光検出素子４に、グレーティング溝１４の配列方向に関する位置ズレが生じると、検出される光の波長がシフトしてしまうおそれがある。分光器１においては、光検出素子４のグレーティング溝１４の配列方向に関しての位置決めを精度良く行うことが可能であるので、光検出特性の低下を抑制することができる。また、分光器１においては、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との隙間が比較的広く構成されているので、箱体５の凹部９に光透過基板１６を実装する際に、接着剤としての樹脂剤が容易に押し出される。また、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向における凹部９の側面と光透過基板１６の側面との隙間が比較的ひろく構成されているので、取り扱いが容易である。したがって、分光器１においては、光透過基板１６を箱体５の凹部９に容易に精度よく実装することが可能である。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、図１に示された箱体５の凹部１０は半球状であったが、これに限らず、図５に示されるように、円筒状（断面直線状）の曲面である側面２５と、この円筒状の側面２５と接合される半球状の曲面である底面２６と、からなる凹部１０であってもよい。このような分光器１においては、分光部３のグレーティング溝１４が形成される領域１２と領域１２を包囲する領域１３とは、凹部１０の底面２６に含まれる。この場合においても、領域１２と領域１３とは、連続しており、同一の曲面上に設けられている。このような分光器１においては、入射光Ｌ１及び分光された光Ｌ２の光路とならない部分に関して凹部１０を狭くすることができるので、パッケージ２を小型化することができる。
【００４０】
また、パッケージ２の箱体５の底面に設けられる溝１１は、例えば、図６に示されるように、分光部３を囲むような円筒状の溝２７とすることも可能である。この場合、パッケージ１０を樹脂成型する際に生じるひけを、グレーティング溝１４の配列方向のみならず、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向に関しても緩和することができる。このため、グレーティング溝１４の配列方向と直交する方向に関するグレーティング溝１４の位置ズレを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る分光器の一実施形態の断面図である。
【図２】図１の分光器の要部拡大断面図である。
【図３】図１の分光器の下面図である。
【図４】図１の分光器のパッケージの平面図である。
【図５】本発明に係る分光器の他の実施形態の断面図である。
【図６】本発明に係る分光器の他の実施形態の下面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…分光器、２…パッケージ、３…分光部、４…光検出素子、１０…凹部、１１…溝、１２…領域（第１の領域）、１３…領域（第２の領域）、１４…グレーティング溝、１６…光透過基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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